CN109510174A - 用于智能锁中的智能电机系统及电机控制方法 - Google Patents
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Abstract
用于智能锁中的智能电机系统，包括主体，所述主体中设有由电机驱动的齿轮组，所述齿轮组包括与电机的转轴相连的蜗杆、与该蜗杆齿啮合传动的传动齿轮、与该传动齿轮齿啮合转动的输出齿轮，所述输出齿轮与转轴相连；所述主体中还设有电路板，所述电路板上设有霍尔传感器，所述齿轮组上设有磁块，齿轮组工作过程中所述磁块周期性经过霍尔传感器附近。本申请中，齿轮在转动过程中，其上的磁块不断周期性经过霍尔传感器附近，霍尔传感器记录这种周期性的磁场脉冲并计算数量，并将实际的脉冲数量与系统中内设的数量进行对比，当实际的脉冲数量到达或接近预设数量时，使电机在堵转发生前停止动作，避免了堵转时电流过大对电机寿命的影响。
Description
技术领域
本发明属于智能锁设备技术领域，具体涉及一种用于智能锁中的智能电机系统，同时本发明还涉及该电机系统的电机控制方法。
背景技术
随着经济的发展和科技的进步，普通的机械式门锁已经不能满足很多人们的需求，智能锁的应用越来越广泛。现在常用的智能门锁包括指纹锁、IC刷卡锁、密码锁、虹膜锁、人脸识别锁等。对于大部分家用的门锁中，锁芯传动装置还是使用电机控制，如电机的正转驱动转轴转动使锁芯伸出，电机的翻转驱动转轴反向转动使锁芯缩回。
目前，常规的智能锁中，电机在工作过程中无法精确的确定电机的运动的当前位置，只能通过堵转来判断电机到位，这类情况下存在堵转时电流过大的现象，容易造成电量的损耗和对电机自身的损耗，也会由于过大的电流击穿电源和控制电路，对设备的寿命影响较大。
基于以上的一些问题，本发明对现有技术中的智能锁中的电机控制系统进行了进一步的设计和研究。
发明内容
针对以上现有技术中的不足，本发明提供了一种用于智能锁中的智能电机系统，能够智能识别电机运动的状态，运动位置定位准确，避免了堵转造成的电机损伤；同时本发明还提供了该智能电机系统的电机控制方法。
为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决。
用于智能锁中的智能电机系统，包括主体，所述主体中设有由电机驱动的齿轮组，所述齿轮组包括与电机的转轴相连的蜗杆、与该蜗杆齿啮合传动的传动齿轮、与该传动齿轮齿啮合转动的输出齿轮，所述输出齿轮与转轴相连；所述主体中还设有电路板，所述电路板上设有霍尔传感器，所述齿轮组上设有磁块，齿轮组工作过程中所述磁块周期性经过霍尔传感器附近。
传统的电机在工作中，依靠电机运动到位时的堵转来判断电机到位，到位时电流增大会影响电机寿命。本申请中，电机输出带动齿轮组转动，齿轮在转动过程中，其上的磁块不断周期性经过霍尔传感器附近，霍尔传感器记录这种周期性的磁场脉冲并计算数量，并将实际的脉冲数量与系统中内设的数量进行对比，当实际的脉冲数量到达或接近预设数量时，切断电机电路，使电机在堵转发生前停止动作，避免了堵转时电流过大对电机寿命的影响。
作为优选，所述电路板上设有两个霍尔传感器，分别为第一霍尔传感器和第二霍尔传感器，所述齿轮组设有两个磁块，分别为设于传动齿轮上的第一磁块和设于蜗杆上的第二磁块。该结构中，由于传动齿轮与蜗杆的转动周期不同，因此第一磁块和第二磁块所产生的磁场脉冲频率不同，使系统可以获得两套数据，可以选择的进行电机的初步控制和精确控制，节约计算资源。
以上的用于智能锁中的智能电机系统，通过齿轮上磁块、电路板上霍尔传感器的设置，可以通过磁场脉冲数量判断电机运转的位置和到位情况，避免了堵转情况的发生，有利于保护电机，提高其使用寿命。
本申请中涉及的一种用于智能锁中的电机控制方法，包括以下步骤：S10：开锁自校准：电机转动带动齿轮组转动，进行开锁操作，霍尔感应器感应并记录该过程中的磁场循环个数为n；S20：关锁自校准：电机转动带动齿轮组转动，进行关锁操作，霍尔感应器感应并记录该过程中的磁场循环个数为m；S30：开锁到位检测：开锁过程中，电机转动带动齿轮组转动，进行开锁操作，该过程中，当霍尔感应器感应磁场循环个数接近或达到n时，切断电机电流；S40：关锁到位检测：关锁过程中，电机转动带动齿轮组转动，进行关锁操作，该过程中，当霍尔感应器感应磁场循环个数接近或达到m时，切断电机电流。
以上步骤中，在电机初次工作时，先进行一次开锁和关锁的操作，让系统记录电机从启动到堵转时经历的磁场脉冲数量，并继续在系统中，之后，开锁和关锁过程中，以该记录的数量为基准，当实际磁场脉冲数量接近或到达基准时，使电机停止工作，保护电机避免电流过大。
作为优选，所述步骤S30中，磁场循环个数接近n指的是磁场循环个数为n-7~ n-1；所述步骤S40中，磁场循环个数接近m指的是磁场循环个数为m-7~ m-1。该步骤中，在发生堵转之前的几个磁场循环中将电机停下，能很好的避免堵转。
作为优选，所述步骤S30中，当霍尔感应器感应磁场循环个数为n-5时，切断电机电流；所述步骤S40中，当霍尔感应器感应磁场循环个数为m-5时，切断电机电流。经过申请人实测，该时刻停下电机，在完成功能的同时，效果最佳。
此外，进一步的，电机控制方法中还包括以下步骤：S50：开锁电流校准：电机转动带动齿轮组转动，进行开锁操作，电路板记录并保存该过程中电机正常运行的电流值I1和电机堵转时的电流值I2；S60：关锁电流校准：电机转动带动齿轮组转动，进行关锁操作，电路板记录并保存该过程中电机正常运行的电流值I3和电机堵转时的电流值I4；S70：开锁电流保护：开锁过程中，当电路板检测到电机运行时的电流值大于或小于I1时，切断电机电流；当电路板检测到电机堵转时的电流值大于或小于I2时，切断电机电流；S80：关锁电流保护：关锁过程中，当电路板检测到电机运行时的电流值大于或小于I3时，切断电机电流；当电路板检测到电机堵转时的电流值大于或小于I4时，切断电机电流。
该步骤中，用于正常工作电流的设定和实际工作电流的监控，能够对电机工作过程中实施欠流保护和过流保护，保护电机性能，延长其使用寿命。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：提供了一种用于智能锁中的智能电机系统，能够智能识别电机运动的状态，运动位置定位准确，避免了堵转造成的电机损伤；同时本发明还提供了该智能电机系统的电机控制方法，能够准确的控制电机的运动，避免堵转，同时能够进行电流监控，保护电机，提高其使用寿命。
附图说明
图1为本申请的一种实施方式中的第一霍尔传感器的电路结构图。
图2为本申请的一种实施方式中的第二霍尔传感器的电路结构图。
图3为本申请的一种实施方式中的电流监控的电路图。
图4为本申请的电机控制方法的流程图。
图5为本申请中的智能电机系统的示意图。
图6为本申请中的智能电机系统的内部示意图。
图7为本申请中的智能电机系统中的电路板的示意图。
图8为本申请中的智能电机系统中的齿轮组的示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
参照图1至图8，本发明中涉及的一种用于智能锁中的智能电机系统，包括主体1，所述主体1中设有由电机2驱动的齿轮组，所述齿轮组包括与电机2的转轴21相连的蜗杆14、与该蜗杆14齿啮合传动的传动齿轮13、与该传动齿轮13齿啮合转动的输出齿轮12，所述输出齿轮12与转轴3相连；所述主体1中还设有电路板11，所述电路板11上设有霍尔传感器，所述齿轮组上设有磁块，齿轮组工作过程中所述磁块周期性经过霍尔传感器附近。
本申请中，所述电路板11上设有两个霍尔传感器，分别为第一霍尔传感器111和第二霍尔传感器112，所述齿轮组设有两个磁块，分别为设于传动齿轮13上的第一磁块131和设于蜗杆14上的第二磁块141。该结构中，由于传动齿轮13与蜗杆14的转动周期不同，因此第一磁块131和第二磁块141所产生的磁场脉冲频率不同，使系统可以获得两套数据，可以选择的进行电机的初步控制和精确控制，节约计算资源。如，在前期的电机工作过程中，只参考第一磁块131产生的磁场脉冲数据，当达到一定数量后，表示接近堵转位置，此时可以参考第二磁块141产生的磁场脉冲数据，其频率更高，能够更加精确的定位电机的工作位置。
本申请中涉及的一种用于智能锁中的电机控制方法，包括以下步骤：S10：开锁自校准：电机转动带动齿轮组转动，进行开锁操作，霍尔感应器感应并记录该过程中的磁场循环个数为n；S20：关锁自校准：电机转动带动齿轮组转动，进行关锁操作，霍尔感应器感应并记录该过程中的磁场循环个数为m；S30：开锁到位检测：开锁过程中，电机转动带动齿轮组转动，进行开锁操作，该过程中，当霍尔感应器感应磁场循环个数接近或达到n时，切断电机电流；S40：关锁到位检测：关锁过程中，电机转动带动齿轮组转动，进行关锁操作，该过程中，当霍尔感应器感应磁场循环个数接近或达到m时，切断电机电流。
以上步骤中，在电机初次工作时，先进行一次开锁和关锁的操作，让系统记录电机从启动到堵转时经历的磁场脉冲数量，并继续在系统中，之后，开锁和关锁过程中，以该记录的数量为基准，当实际磁场脉冲数量接近或到达基准时，使电机停止工作，保护电机避免电流过大。
具体的，所述步骤S30中，磁场循环个数接近n指的是磁场循环个数为n-7~ n-1，优选为n-5个；所述步骤S40中，磁场循环个数接近m指的是磁场循环个数为m-7~ m-1，优选为n-5个。
此外，电机控制方法还包括以下步骤：S50：开锁电流校准：电机转动带动齿轮组转动，进行开锁操作，电路板记录并保存该过程中电机正常运行的电流值I1和电机堵转时的电流值I2；S60：关锁电流校准：电机转动带动齿轮组转动，进行关锁操作，电路板记录并保存该过程中电机正常运行的电流值I3和电机堵转时的电流值I4；S70：开锁电流保护：开锁过程中，当电路板检测到电机运行时的电流值大于或小于I1时，切断电机电流；当电路板检测到电机堵转时的电流值大于或小于I2时，切断电机电流；S80：关锁电流保护：关锁过程中，当电路板检测到电机运行时的电流值大于或小于I3时，切断电机电流；当电路板检测到电机堵转时的电流值大于或小于I4时，切断电机电流。该步骤中，用于正常工作电流的设定和实际工作电流的监控，能够对电机工作过程中实施欠流保护和过流保护，保护电机性能，延长其使用寿命。
传统的电机在工作中，依靠电机运动到位时的堵转来判断电机到位，到位时电流增大会影响电机寿命。本申请中，电机输出带动齿轮组转动，齿轮在转动过程中，其上的磁块不断周期性经过霍尔传感器附近，霍尔传感器记录这种周期性的磁场脉冲并计算数量，并将实际的脉冲数量与系统中内设的数量进行对比，当实际的脉冲数量到达或接近预设数量时，切断电机电路，使电机在堵转发生前停止动作，避免了堵转时电流过大对电机寿命的影响。
以下结合附图中电路图具体说明。
初次使用时，默认情况下电机状态不确定，先电机顺时针运动至电机电流到达堵转电流（堵转电流就是门锁开门或者关门实现时候的电流），确保电机恢复到正常运动位置，然后电机逆时针运动到第二个堵转点（此时就是一个完整的开门或者关门运动），记录下当前的第一霍尔传感器（HELL1）和第二霍尔传感器（HELL2）采集到的脉冲数和运动过程中正常运行的电流值和堵转值，保存在电路板上的单片机Flash中，然后清空脉冲数。最后电机顺时针运动到第三个堵转点（此时就是一个完整的关门或者开门运动），记录下当前的第一霍尔传感器（HELL1）和第二霍尔传感器（HELL2）采集到的脉冲数和运动过程中正常运行的电流值和堵转值，保存在电路板上的单片机Flash中。至此电机自校准和电流校准结束，获取了开关门分别各自所需要的大小脉冲数和运动过程中的电流、堵转情况下的电流。
实际工作时，通过电路板上的单片机ADC采集CURRENT_CHECK引脚处的电压，换算成电流得出当前的运动电流，将运动电流和欠流电流（电机出厂参数中有）进行对比，如果电流大于欠流电流，跳过欠流保护判断。如果电流小于欠流电流，证明电机当前存在问题，单片机进行欠流保护，电机停止工作，进行数据反馈。
实际工作时，通过电路板上的单片机ADC采集CURRENT_CHECK引脚处的电压，换算成电流得出当前的运动电流，将运动电流和过流电流（电机堵转电流）进行对比，如果电流小于过流电流，跳过过流保护判断。如果电流大于过流电流，证明电机当前存在问题，单片机进行过流保护，电机停止工作，进行数据反馈。过流保护：当工作中电流大于电机的正常电流或者电流大于电机的堵转电流，系统自动保护电机，停止工作。
到位检测保护：实际工作时，当电机运动到自校准后的位置后，系统判断当前已经运动到位，电机停止工作。
在自校准的情况下，已经获取到了电机执行一次完整的开关门所需要的大小脉冲个数。在正常进行一次开门动作的情况下，HELL1,HELL2进行计数，当锁采集到的HELL1或HELL2个数等于自校准情况的获取保存在Flash中的数值减去5的状态下时，判断当前电机运动到位，电机停止运动。在自校准的情况下采集到的是处于堵转情况下的脉冲数，由于堵转也需要一段时间的采集，在采集的情况下脉冲数还在增加，所以我们需要在这个堵转脉冲的基础下减去一定脉冲数才是电机实际需要运动个数。在经过测试后发现在堵转电流下减去5个脉冲数，会让电机到底到位情况下的电流不会偏大，保护了电机，增加了电机的寿命。
以上所述，本发明提供了一种用于智能锁中的智能电机系统，能够智能识别电机运动的状态，运动位置定位准确，避免了堵转造成的电机损伤；同时本发明还提供了该智能电机系统的电机控制方法，能够准确的控制电机的运动，避免堵转，同时能够进行电流监控，保护电机，提高其使用寿命。
本发明的保护范围包括但不限于以上实施方式，本发明的保护范围以权利要求书为准，任何对本技术做出的本领域的技术人员容易想到的替换、变形、改进均落入本发明的保护范围。
Claims (6)
1.用于智能锁中的智能电机系统，包括主体（1），所述主体（1）中设有由电机（2）驱动的齿轮组，其特征在于，所述齿轮组包括与电机（2）的转轴（21）相连的蜗杆（14）、与该蜗杆（14）齿啮合传动的传动齿轮（13）、与该传动齿轮（13）齿啮合转动的输出齿轮（12），所述输出齿轮（12）与转轴（3）相连；所述主体（1）中还设有电路板（11），所述电路板（11）上设有霍尔传感器，所述齿轮组上设有磁块，齿轮组工作过程中所述磁块周期性经过霍尔传感器附近。
2.根据权利要求1所述的用于智能锁中的智能电机系统，其特征在于，所述电路板（11）上设有两个霍尔传感器，分别为第一霍尔传感器（111）和第二霍尔传感器（112），所述齿轮组设有两个磁块，分别为设于传动齿轮（13）上的第一磁块（131）和设于蜗杆（14）上的第二磁块（141）。
3.用于智能锁中的电机控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10：开锁自校准：电机转动带动齿轮组转动，进行开锁操作，霍尔感应器感应并记录该过程中的磁场循环个数为n；
S20：关锁自校准：电机转动带动齿轮组转动，进行关锁操作，霍尔感应器感应并记录该过程中的磁场循环个数为m；
S30：开锁到位检测：开锁过程中，电机转动带动齿轮组转动，进行开锁操作，该过程中，当霍尔感应器感应磁场循环个数接近或达到n时，切断电机电流；
S40：关锁到位检测：关锁过程中，电机转动带动齿轮组转动，进行关锁操作，该过程中，当霍尔感应器感应磁场循环个数接近或达到m时，切断电机电流。
4.根据权利要求3所述的用于智能锁中的电机控制方法，其特征在于，所述步骤S30中，磁场循环个数接近n指的是磁场循环个数为n-7~ n-1；所述步骤S40中，磁场循环个数接近m指的是磁场循环个数为m-7~ m-1。
5.根据权利要求3所述的用于智能锁中的电机控制方法，其特征在于，所述步骤S30中，当霍尔感应器感应磁场循环个数为n-5时，切断电机电流；所述步骤S40中，当霍尔感应器感应磁场循环个数为m-5时，切断电机电流。
6.根据权利要求3所述的用于智能锁中的电机控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：
S50：开锁电流校准：电机转动带动齿轮组转动，进行开锁操作，电路板记录并保存该过程中电机正常运行的电流值I1和电机堵转时的电流值I2；
S60：关锁电流校准：电机转动带动齿轮组转动，进行关锁操作，电路板记录并保存该过程中电机正常运行的电流值I3和电机堵转时的电流值I4；
S70：开锁电流保护：开锁过程中，当电路板检测到电机运行时的电流值大于或小于I1时，切断电机电流；当电路板检测到电机堵转时的电流值大于或小于I2时，切断电机电流；
S80：关锁电流保护：关锁过程中，当电路板检测到电机运行时的电流值大于或小于I3时，切断电机电流；当电路板检测到电机堵转时的电流值大于或小于I4时，切断电机电流。
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